JP7315329B2 - Electronic equipment with liquid crystal display and imaging function - Google Patents

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Description

本発明の一実施形態は、電子機器に備えられる撮像素子の配置に関する。また、本発明の一実施形態は、液晶表示装置における液晶表示パネルと照明ユニットの構成に関する。 An embodiment of the present invention relates to the arrangement of image sensors provided in an electronic device. Further, one embodiment of the present invention relates to a configuration of a liquid crystal display panel and a lighting unit in a liquid crystal display device.

情報をデジタル処理し、映像及び/又は音声を電気的にアナログ処理する電子機器として、スマートフォンと呼ばれる多機能携帯電話、タブレット端末と呼ばれるキーボードレスの携帯型端末が社会生活の中で広く普及している。このよう電子機器は、表示画面が設けられる側を前面とすると、前面側と背面側とにカメラが搭載されている。電子機器の前面側に配置されるカメラは、表示画面を囲む筐体の額縁部分に配置されている。電子機器において、表示画面を囲むフレームの部分(額縁とも呼ばれる)は、カメラを配置するために一定の面積を確保する必要がある。そのため、電子機器は、筐体のフレーム部分を狭くすることに限界があり、前方を撮像するカメラの搭載は狭額縁化の妨げとなっている。 As electronic devices that digitally process information and electrically analogize video and/or audio, multifunctional mobile phones called smartphones and keyboardless portable terminals called tablet terminals are widely used in social life. In such an electronic device, cameras are mounted on both the front side and the back side when the side on which the display screen is provided is the front side. A camera arranged on the front side of the electronic device is arranged in the frame portion of the housing surrounding the display screen. In an electronic device, the frame portion (also called picture frame) surrounding the display screen needs to secure a certain area for arranging the camera. Therefore, there is a limit to narrowing the frame portion of the housing of the electronic device, and mounting a camera that captures an image of the front hinders the narrowing of the frame.

ところで、特許文献1には、液晶表示パネルの背面にビデオカメラが配置され、表示画面を通して被写体を撮影するように構成された画像撮影表示システムが開示されている。しかしながら、特許文献1に開示の画像撮影表示システムは、液晶パネルによる画像の表示モードと、ビデオカメラによる撮像モードとを交互に切り替える必要があり、画像の表示と撮像とを同時に行うことができないことが問題となる。 By the way, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-100000 discloses an image capturing and displaying system in which a video camera is arranged on the back of a liquid crystal display panel and configured to capture an image of an object through a display screen. However, the image capturing and displaying system disclosed in Patent Document 1 needs to alternately switch between the image display mode of the liquid crystal panel and the image capturing mode of the video camera, which poses a problem that image display and image capturing cannot be performed at the same time.

特開平7-131766号公報JP-A-7-131766

本発明の一実施形態は、表示画面が設けられる側にカメラが配置される電子機器において、狭額縁化を図ること目的とする。また、本発明の一実施形態は、映像の表示と撮像とを同時に行うことのできる電子機器、並びに表示装置を提供することを目的の一つとする。 An object of one embodiment of the present invention is to achieve a narrow frame in an electronic device in which a camera is arranged on the side where a display screen is provided. Another object of one embodiment of the present invention is to provide an electronic device and a display device capable of displaying an image and capturing an image at the same time.

本発明の一実施形態に係る電子機器は、複数の画素が配列された表示領域を有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルの背面側に配置され、表示パネルを通して前方を撮像する撮像素子と、液晶表示パネルと撮像素子との間に配置された照明ユニットとを有する。
撮像素子は、表示領域と重なる領域に配置され、照明ユニットは、表示領域と重なるように配置される光変調素子と、光変調素子を照明する光源とを含む。
An electronic device according to an embodiment of the present invention includes a liquid crystal display panel having a display area in which a plurality of pixels are arranged, an imaging device arranged on the back side of the liquid crystal display panel and capturing an image of the front through the display panel, and an illumination unit arranged between the liquid crystal display panel and the imaging device.
The imaging element is arranged in an area overlapping the display area, and the illumination unit includes an optical modulation element arranged so as to overlap the display area, and a light source for illuminating the optical modulation element.

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、複数の画素が配列された表示領域を有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルと重ねて配置された照明ユニットとを有する。照明ユニットは、表示領域と重なるように配置される光変調素子と、光変調素子を照明する光源とを含み、光変調素子は、表示領域と重なる領域で部分的に散乱状態と透過状態との制御が可能とされている。 A liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention includes a liquid crystal display panel having a display area in which a plurality of pixels are arranged, and an illumination unit arranged to overlap the liquid crystal display panel. The illumination unit includes a light modulation element arranged to overlap the display area and a light source for illuminating the light modulation element, and the light modulation element can be partially controlled between a scattering state and a transmission state in the area overlapping the display area.

本発明の一実施形態に係る電子機器の主要な構成要素を示す斜視図である。1 is a perspective view showing main components of an electronic device according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る電子機器の構成を示し、(A)は正面図、(B)はカバーパネル、液晶表示装置及び撮像素子の配置を示す断面模式図である。1 shows the configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention, where (A) is a front view, and (B) is a schematic cross-sectional view showing the arrangement of a cover panel, a liquid crystal display device, and an imaging element; 本発明の一実施形態に係る電子機器の構成を示し、液晶表示装置及び撮像素子の配置及び撮像素子が撮像するときの状態を示す断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention, showing the arrangement of a liquid crystal display device and an imaging device, and the state when the imaging device captures an image; FIG. 本発明の一実施形態に係る電子機器に備えられる照明ユニットの動作を説明する断面図であり、(A)は非撮像モードにおける状態、(B)は撮像モードにおける状態を示す。4A and 4B are cross-sectional views illustrating the operation of the lighting unit provided in the electronic device according to the embodiment of the present invention, where (A) shows the state in the non-imaging mode, and (B) shows the state in the imaging mode; 本発明の一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the electronic device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電子機器が、撮像モードにあるときの表示領域に表示される画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an image displayed in the display area when the electronic device according to one embodiment of the present invention is in imaging mode; 本発明の一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the electronic device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the electronic device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the electronic device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the electronic device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an electronic device according to an embodiment of the invention; FIG.

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号(又は数字の後にa、bなどを付した符号)を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第1」、「第2」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different aspects and should not be construed as being limited to the description of the embodiments exemplified below. In order to make the description clearer, the drawings may schematically show the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual embodiment, but this is only an example and does not limit the interpretation of the present invention. In addition, in this specification and each figure, the same reference numerals (or numerals followed by a, b, etc.) are attached to the same elements as those described above with respect to the previous figures, and detailed description may be omitted as appropriate. In addition, the letters "first" and "second" for each element are convenient labels used to distinguish each element and have no further meaning unless otherwise specified.

本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に(又は下に)」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上(又は直下)にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方(又は下方)にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方(又は下方)において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。なお、以下の説明では、特に断りのない限り、断面視において、ベース部材に対してタッチセンサが設けられる側を「上」又は「上方」といい、「上」又は「上方」から見た面を「上面」又は「上面側」というものとし、その逆を「下」、「下方」、「下面」又は「下面側」というものとする。 In this specification, when a member or region is “above (or below)” another member or region, unless otherwise specified, this includes not only the case of being directly above (or directly below) the other member or region, but also the case of being above (or below) the other member or region, that is, above (or below) the other member or region. In the following description, unless otherwise specified, the side on which the touch sensor is provided with respect to the base member in a cross-sectional view is referred to as "upper" or "upper", the surface viewed from "upper" or "above" is referred to as "upper" or "upper surface side", and the reverse is referred to as "lower", "lower", "lower surface" or "lower surface side".

図1は、本発明の一実施形態に係る電子機器100の主要な構成要素を示す斜視図である。電子機器100は、液晶表示装置102及び撮像素子104、105を含む。液晶表示装置102は、液晶表示パネル110と照明ユニット112とを含んで構成される。液晶表示パネル110は、照明ユニット112の前面側に配置され、照明ユニット112は液晶表示パネル110を背面側から照明する。 FIG. 1 is a perspective view showing main components of an electronic device 100 according to one embodiment of the invention. The electronic device 100 includes a liquid crystal display device 102 and imaging elements 104 and 105 . The liquid crystal display device 102 includes a liquid crystal display panel 110 and an illumination unit 112 . The liquid crystal display panel 110 is arranged on the front side of the lighting unit 112, and the lighting unit 112 illuminates the liquid crystal display panel 110 from the rear side.

液晶表示パネル110は、複数の画素が配列された表示領域114を有する。照明ユニット112は、光源118と光変調素子120とを含んで構成される。光変調素子120は、照明光が出射される領域が面状に形成され、その光出射面が液晶表示パネル110と重なるように配置される。照明ユニット112は、液晶表示パネル110の表示領域114を背面から照明する。 The liquid crystal display panel 110 has a display area 114 in which a plurality of pixels are arranged. The lighting unit 112 includes a light source 118 and a light modulation element 120 . The light modulation element 120 has a planar region from which illumination light is emitted, and is arranged so that the light emission surface overlaps with the liquid crystal display panel 110 . The illumination unit 112 illuminates the display area 114 of the liquid crystal display panel 110 from behind.

なお、本発明の一実施形態において、光変調素子とは、光を散乱する状態と、光を散乱せず透明な状態とに制御可能な素子を指す。例えば、光変調素子は、電気的なエネルギーで光学的な性質が変化する電気光学物質を含む素子によって実現される。光変調素子は、このような電気光学的作用により、光を出射する面内において、光強度の分布を制御する機能を有する。 In one embodiment of the present invention, the light modulation element refers to an element that can be controlled between a state of scattering light and a transparent state without scattering light. For example, the light modulating element is implemented by an element containing an electro-optic material whose optical properties are changed by electrical energy. The light modulation element has the function of controlling the light intensity distribution in the light emitting plane by such an electro-optical action.

液晶表示装置102の前面には、任意の部材としてカバーパネル106が設けられている。カバーパネル106はガラス、プラスチック等を素材とする透明部材で形成される。電子機器100は、液晶表示装置102によって表示画面が形成され、利用者はカバーパネル106を通して表示画面に表示される画像を視認する。 A cover panel 106 is provided as an arbitrary member on the front surface of the liquid crystal display device 102 . The cover panel 106 is formed of a transparent member made of glass, plastic, or the like. Electronic device 100 has a display screen formed by liquid crystal display device 102 , and a user views an image displayed on the display screen through cover panel 106 .

撮像素子104は液晶表示装置102の背面側に配置される。撮像素子104は、表示領域114と重なる位置に配置される。撮像素子104は液晶表示装置102の前方(カバーパネル106が設けられる側)を撮像するように受光面が向けられている。撮像素子105は、撮像素子104とは反対に背面方向を撮像するように受光面が向けられている。液晶表示装置102及び撮像素子104、105は、筐体108に収納される。撮像素子104は、筐体108の内部に収納された状態において、外部から視認されないように配置される。 The imaging element 104 is arranged on the back side of the liquid crystal display device 102 . The imaging element 104 is arranged at a position overlapping the display area 114 . The light-receiving surface of the imaging element 104 is directed so as to image the front of the liquid crystal display device 102 (the side on which the cover panel 106 is provided). The light-receiving surface of the imaging device 105 is directed so as to pick up an image in the rear direction opposite to the imaging device 104 . The liquid crystal display device 102 and imaging elements 104 and 105 are housed in a housing 108 . The imaging element 104 is arranged so as not to be seen from the outside when housed inside the housing 108 .

照明ユニット112において、光源118は、光変調素子120の側面側に配置される。光源118には、発光ダイオード(LED)又は冷陰極管が用いられる。光源118は、例えば、複数の発光ダイオードが、矩形状に形成された光変調素子120の一辺に沿って配列されている。光変調素子120は、側面から光源118の光が入射される。光変調素子120に入射された光は、内部で拡散し、散乱され、液晶表示パネル110が配置される側に光を出射する。 In the lighting unit 112 , the light source 118 is arranged on the lateral side of the light modulation element 120 . A light emitting diode (LED) or a cold cathode tube is used for the light source 118 . The light source 118 includes, for example, a plurality of light emitting diodes arranged along one side of a rectangular light modulation element 120 . The light from the light source 118 is incident on the light modulation element 120 from the side. The light incident on the light modulation element 120 is internally diffused and scattered, and emitted to the side where the liquid crystal display panel 110 is arranged.

撮像素子104は、液晶表示パネル110の表示領域114と重なる領域に配置される。撮像素子104は、液晶表示パネル110及び光変調素子120を透過した外光を受光して撮像する。撮像素子104は、例えば、CCD(Charged Coupled Devices)型又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のイメージセンサで形成される。 The imaging element 104 is arranged in a region overlapping the display region 114 of the liquid crystal display panel 110 . The imaging device 104 receives external light that has passed through the liquid crystal display panel 110 and the light modulation device 120 and takes an image. The imaging element 104 is formed of, for example, a CCD (Charged Coupled Devices) type or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor.

このように、本発明の一実施形態に係る電子機器100は、撮像素子104が筐体108に収納されたとき、前面が液晶表示パネル110及び照明ユニット112、並びにカバーパネル106で覆われるので、外部に露出せず、利用者が直接的に視認しない位置に配置されている。撮像素子104は、表示領域114を囲む筐体108のフレーム部分に配置されないので、本発明の一実施形態に係る電子機器100は、狭額縁化を図ることができる。 In this way, the electronic device 100 according to one embodiment of the present invention is arranged at a position where the imaging element 104 is housed in the housing 108, the front surface is covered with the liquid crystal display panel 110, the lighting unit 112, and the cover panel 106, so that the electronic device 100 is not exposed to the outside and is not directly viewed by the user. Since the imaging element 104 is not arranged in the frame portion of the housing 108 surrounding the display area 114, the electronic device 100 according to the embodiment of the present invention can achieve a narrow frame.

図2(A)は、電子機器100を正面から見た状態を示す。電子機器100は、カバーパネル106の背面側に、液晶表示装置102及び撮像素子104が重ねて配置される。カバーパネル106の面内には、液晶表示装置102によって表示領域114が形成される。表示領域114を囲む領域は、表示に直接寄与しない非表示領域116となる。非表示領域116は、表示領域114に表示される画像を囲むことから、額縁又は額縁領域と呼ばれることもある。なお、図2(A)は、表示領域114の周囲全体を囲むように非表示領域116が設けられる態様を示す。しかし、この態様は一例であり、本発明の一実施形態はこの態様に限定されるものではない。例えば、電子機器100は、正面から正視したとき略全面が表示領域114とされ、非表示領域116が視認されない構成を有していてもよい。 FIG. 2A shows the electronic device 100 viewed from the front. In the electronic device 100, the liquid crystal display device 102 and the imaging element 104 are arranged on the back side of the cover panel 106 so as to overlap each other. A display area 114 is formed by the liquid crystal display device 102 in the plane of the cover panel 106 . An area surrounding the display area 114 is a non-display area 116 that does not directly contribute to display. The non-display area 116 surrounds the image displayed in the display area 114 and is sometimes referred to as a picture frame or picture frame area. Note that FIG. 2A shows a mode in which a non-display area 116 is provided so as to surround the entire periphery of the display area 114 . However, this aspect is an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this aspect. For example, the electronic device 100 may have a configuration in which substantially the entire surface is the display area 114 when viewed from the front, and the non-display area 116 is not visible.

撮像素子104は、非表示領域116に配置されるのではなく、表示領域114と重なる領域に配置される。撮像素子104は、画像の視認に影響を与えないように、液晶表示パネル110の背面側に配置される。したがって、表示領域114で画像を表示しているとき、電子機器100の利用者は、表示領域114を通して撮像素子104の位置を視認することはない。表示領域114と重なる領域において、撮像素子104は任意の位置に配置される。例えば、撮像素子104は、表示領域114の中央部に配置されてもよいし、表示領域114の周辺部寄りに配置されてもよい。また、撮像素子104は、表示領域114の面内に複数個配置されてもよい。 The imaging element 104 is not arranged in the non-display area 116 but is arranged in an area overlapping the display area 114 . The imaging device 104 is arranged on the back side of the liquid crystal display panel 110 so as not to affect visual recognition of the image. Therefore, when an image is displayed on the display area 114 , the user of the electronic device 100 does not visually recognize the position of the imaging element 104 through the display area 114 . The imaging device 104 is arranged at an arbitrary position in the region overlapping the display region 114 . For example, the imaging element 104 may be arranged in the center of the display area 114 or may be arranged near the periphery of the display area 114 . Also, a plurality of imaging elements 104 may be arranged within the plane of the display area 114 .

図2(B)は、電子機器100の主要な構成を示す断面模式図を示す。図2(B)は、カバーパネル106、液晶表示装置102、及び撮像素子104の配置を示す。液晶表示装置102は、液晶表示パネル110と照明ユニット112とを含む。電子機器100は、視認側から、カバーパネル106、液晶表示装置102、撮像素子104の順に重ねられている。視認側から見たとき、照明ユニット112は、液晶表示パネル110を、背面側(カバーパネル106が配置される側とは反対側の面)から照明する。液晶表示パネル110は、液晶の電気光学効果を利用して透過光を変調し、表示領域114に画像を表示する。 FIG. 2B shows a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the electronic device 100. As shown in FIG. FIG. 2B shows the arrangement of the cover panel 106, the liquid crystal display device 102, and the imaging element 104. FIG. The liquid crystal display device 102 includes a liquid crystal display panel 110 and an illumination unit 112 . In the electronic device 100, the cover panel 106, the liquid crystal display device 102, and the imaging device 104 are stacked in this order from the viewing side. When viewed from the viewing side, the illumination unit 112 illuminates the liquid crystal display panel 110 from the rear side (the side opposite to the side on which the cover panel 106 is arranged). The liquid crystal display panel 110 modulates transmitted light using the electro-optical effect of liquid crystal and displays an image on the display area 114 .

液晶表示パネル110は、第1基板122と第2基板124とを有し、第1基板122と第2基板124との間に液晶層128が設けられた構成を有する。液晶層128は、画素電極126によって液晶分子の配向状態が制御される。画素電極126は、表示領域114を形成する複数の画素のそれぞれに対応して設けられる。図2(B)では詳細に示さないが、画素電極126は各種液晶モードに対応した構造を有する。例えば、画素電極126は、IPS(In Plane Switching)方式、VA(Vertical Alignment)方式、MVA方式(Multi-domain Vertical Alignment)、TN(Twisted Nematic)等の各種方式に対応した構成を有する。 The liquid crystal display panel 110 has a structure in which a first substrate 122 and a second substrate 124 are provided, and a liquid crystal layer 128 is provided between the first substrate 122 and the second substrate 124 . In the liquid crystal layer 128 , the alignment state of liquid crystal molecules is controlled by the pixel electrodes 126 . A pixel electrode 126 is provided corresponding to each of the plurality of pixels forming the display region 114 . Although not shown in detail in FIG. 2B, the pixel electrode 126 has a structure corresponding to various liquid crystal modes. For example, the pixel electrode 126 has a configuration compatible with various systems such as an IPS (In Plane Switching) system, a VA (Vertical Alignment) system, an MVA (Multi-domain Vertical Alignment) system, and a TN (Twisted Nematic) system.

照明ユニット112において、光源118から光変調素子120に入射した照明光は、面内を拡散し、かつ散乱されることによって液晶表示パネル110の側に出射される。光変調素子120は、電気的な制御により、一部又は全面を、光を散乱させる散乱状態と光を透過させる透過状態とに制御する機能を有する。 In the illumination unit 112, the illumination light incident on the light modulation element 120 from the light source 118 is diffused and scattered in the plane, and is emitted to the liquid crystal display panel 110 side. The light modulation element 120 has a function of electrically controlling a part or the entire surface between a scattering state for scattering light and a transmission state for transmitting light.

撮像素子104は、液晶表示装置102の背面側(カバーパネル106が配置される面とは反対側の面)に配置される。撮像素子104は、表示領域114と重なる領域に配置されるので、撮像素子104の前方(撮像する側)には、少なくとも液晶表示パネル110と光変調素子120が配置されている。光変調素子120が散乱状態にあるとき、外光(カバーパネル106の外側から入射する光)は光変調素子120で散乱され、少なくとも直達光は撮像素子104に入射しない。したがて、光変調素子120が散乱状態に制御されているときには、撮像素子104は液晶表示パネル110の前方を撮像することができない。一方、光変調素子120が透過状態に制御されているとき、撮像素子104に外光を入射させることが可能となる。したがって、電子機器100は、光変調素子120の光学的状態を制御することで、画像の表示及び撮像を適宜行うことができる。 The imaging element 104 is arranged on the back side of the liquid crystal display device 102 (the side opposite to the side on which the cover panel 106 is arranged). Since the imaging element 104 is arranged in an area overlapping with the display area 114 , at least the liquid crystal display panel 110 and the light modulation element 120 are arranged in front of the imaging element 104 (on the imaging side). When the light modulation element 120 is in the scattering state, external light (light incident from the outside of the cover panel 106 ) is scattered by the light modulation element 120 , and at least direct light does not enter the imaging element 104 . Therefore, when the light modulation element 120 is controlled to the scattering state, the imaging element 104 cannot image the front of the liquid crystal display panel 110 . On the other hand, when the light modulation element 120 is controlled to be in a transmission state, it is possible to allow external light to enter the imaging element 104 . Therefore, by controlling the optical state of the light modulation element 120, the electronic device 100 can appropriately display and capture an image.

次に、電子機器100の基本的な動作について説明する。図2(B)は、表示領域114の全面で画像が表示されている状態を示す。この状態では、光が光変調素子120によって液晶表示パネル110の表示領域114の全面が照明される。この状態では、撮像素子104は、前面にある光変調素子120が散乱状態に制御されているので、液晶表示パネル110の前方を撮像することができない状態にある。したがって、電子機器100におけるこのような状態は、非撮像モードと呼ぶことができる。 Next, a basic operation of electronic device 100 will be described. FIG. 2B shows a state in which an image is displayed on the entire display area 114 . In this state, the light modulating element 120 illuminates the entire display area 114 of the liquid crystal display panel 110 . In this state, the imaging element 104 cannot image the front of the liquid crystal display panel 110 because the light modulation element 120 on the front side is controlled to be in a scattering state. Therefore, such a state in electronic device 100 can be called a non-imaging mode.

図3は、光変調素子120の光学的状態が、撮像素子104と重なる領域(撮像素子104の前面領域)において、散乱状体から透過状態に制御された状態を示す。図3に示すように、光変調素子120は、全体が透過状態となるのではなく、撮像素子104の撮像面に外光を入射させることが可能となるように、部分的に透過状態を形成するように制御される。したがって、光変調素子120におけるこの状態は、部分的透過状態と呼ぶこともできる。また、図3は、液晶表示パネル110の撮像素子104と重なる領域の画素が、白表示(透過状態)となるように液晶の配向が制御された状態を示す。このような制御により、撮像素子104には、液晶表示パネル110及び光変調素子120を通して、視認側から外光が入射する状態となる。この様態では、撮像素子104は、液晶表示パネル110の前方を撮像可能な状態となる。したがって、電子機器100におけるこのような状態は、撮像モードと呼ぶことができる。 FIG. 3 shows a state in which the optical state of the light modulation element 120 is controlled from the scatterers to the transmission state in the area overlapping the imaging element 104 (the front area of the imaging element 104). As shown in FIG. 3, the light modulation element 120 is not entirely in a transparent state, but is controlled so as to form a partially transparent state so that external light can enter the imaging surface of the imaging element 104. Therefore, this state in light modulating element 120 can also be referred to as a partially transmissive state. Also, FIG. 3 shows a state in which the orientation of the liquid crystal is controlled so that the pixels in the area of the liquid crystal display panel 110 overlapping the imaging element 104 display white (transmissive state). By such control, the imaging element 104 enters a state in which external light is incident from the viewing side through the liquid crystal display panel 110 and the light modulation element 120 . In this mode, the imaging element 104 is in a state capable of imaging the area in front of the liquid crystal display panel 110 . Therefore, such a state in electronic device 100 can be called an imaging mode.

なお、撮像モードにおいても、撮像素子104と重ならない領域においては、光変調素子120は散乱状体を維持することができ、液晶表示パネル110は表示領域114画像を表示することができる状態にある。したがって、撮像モードでは、撮像のみならす、画像の表示を同時に行うことができる。 Note that even in the imaging mode, the light modulation element 120 can maintain the scatter in the area not overlapping the imaging element 104, and the liquid crystal display panel 110 can display the image of the display area 114. Therefore, in the imaging mode, it is possible to perform not only imaging but also display of images at the same time.

図4(A)及び図4(B)は、照明ユニット112の動作を説明する断面図である。図4(A)は非撮像モードにおける状態、図4(B)は撮像モードにおける状態を示す。光変調素子120は、第3基板130と、第3基板130に対向して配置される第4基板132との間に調光層134が設けられた構成を有する。第3基板130には第1電極138が設けられ、第4基板132には第2電極140が設けられる。第1電極138及び第2電極140は、いずれも透明導電膜で形成される。第1電極138は、第3基板130の略全面に広がる共通電極として設けられ、第2電極140は、撮像素子104が配置される位置に対応して設けられ、他の領域と電気的に分離されている。ここで、以下の説明においては、光変調素子120において、第1電極138と第2電極140とが重畳する領域を第1領域201と呼び、それ以外の領域を第2領域202と呼ぶこととする。 4A and 4B are cross-sectional views illustrating the operation of the lighting unit 112. FIG. FIG. 4A shows the state in the non-imaging mode, and FIG. 4B shows the state in the imaging mode. The light modulation element 120 has a configuration in which a light modulating layer 134 is provided between a third substrate 130 and a fourth substrate 132 arranged to face the third substrate 130 . A first electrode 138 is provided on the third substrate 130 and a second electrode 140 is provided on the fourth substrate 132 . Both the first electrode 138 and the second electrode 140 are formed of a transparent conductive film. The first electrode 138 is provided as a common electrode extending over substantially the entire surface of the third substrate 130, and the second electrode 140 is provided corresponding to the position where the imaging device 104 is arranged and is electrically isolated from other regions. Here, in the following description, in the light modulation element 120, the region where the first electrode 138 and the second electrode 140 overlap is called a first region 201, and the other region is called a second region 202.

調光層134は、光を散乱する散乱状態と光を透過する透明状態との、少なくとも2つの状態を形成する特性を有する。このような調光層134は、例えば、高分子分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal)を用いて形成される。高分子分散型液晶は、液晶中にポリマーによるネットワーク構造体を形成させたものである。高分子分散型液晶は、ポリマーネットワークの作用により、液晶分子136の配列が不規則な状態を誘起して光を散乱させる作用を有する。一方、高分子分散型液晶は、電圧が印加されて液晶分子136の配向が一方向に配向されたとき、その光を散乱せずに透過する作用を発現する。高分子分散型液晶は、電圧を印加することによって散乱状態から透明状態に変化するノーマリホワイト型と呼ばれるものと、電圧を印加することによって透明状態から散乱状態に変化するノーマリブラック型(リバースモードとも呼ばれる)と呼ばれるものとに分類される。本発明の一実施形態において、調光層134は、ノーマリホワイト型及びノーマリブラック型の双方の高分子分散型液晶を用いることができる。 The light control layer 134 has the property of forming at least two states, a scattering state that scatters light and a transparent state that transmits light. Such a light control layer 134 is formed using, for example, polymer dispersed liquid crystal. A polymer-dispersed liquid crystal is a liquid crystal in which a polymer network structure is formed. The polymer-dispersed liquid crystal has the effect of inducing an irregular arrangement of the liquid crystal molecules 136 by the action of the polymer network to scatter light. On the other hand, the polymer-dispersed liquid crystal exhibits the effect of transmitting the light without scattering it when the liquid crystal molecules 136 are oriented in one direction by applying a voltage. Polymer-dispersed liquid crystals are classified into those called normally white types that change from a scattering state to a transparent state by applying a voltage, and normally black types that change from a transparent state to a scattering state by applying a voltage (also called reverse mode). In one embodiment of the present invention, the light control layer 134 can use both normally white type and normally black type polymer dispersed liquid crystals.

図4(A)は、ノーマリホワイト型の高分子分散型液晶で調光層134が設けられる場合を示す。図4(A)は、また、非撮像モードを示し、第1電極138と第2電極140との間に電圧が印加されない状態を示す。この状態では、調光層134は、第1領域201及び第2領域202において、共に散乱状態となっている。すなわち、高分子分散液晶は、液晶分子136がランダムな方向に配向して、光を散乱する状態となっている。したがって、光源118から光変調素子120に入射された光は、調光層134の中を拡散しかつ散乱されて、液晶表示パネル110の方向に照射される。 FIG. 4A shows the case where the light control layer 134 is provided with a normally white polymer-dispersed liquid crystal. FIG. 4A also shows a non-imaging mode, in which no voltage is applied between the first electrode 138 and the second electrode 140. FIG. In this state, the light modulating layer 134 is in a scattering state both in the first region 201 and the second region 202 . That is, the polymer-dispersed liquid crystal is in a state in which the liquid crystal molecules 136 are oriented in random directions to scatter light. Therefore, the light incident on the light modulation element 120 from the light source 118 is diffused and scattered in the light modulating layer 134 and irradiated in the direction of the liquid crystal display panel 110 .

図4(B)は、撮像モードを示し、第1領域201において第1電極138と第2電極140との間に電圧が印加され、第2領域202においては依然として電圧が印加されない状態を示す。調光層134は、第1領域201が透明状態に変化し、第2領域202は散乱状態を維持している。すなわち、高分子分散型液晶は、第1電極138と第2電極140で挟まれた領域において、電界の作用を受けて液晶分子136が一方向に配向する。第1領域201は、液晶分子136の配向が揃っているので、光を散乱する作用は低減して透明となる。 FIG. 4B shows an imaging mode in which a voltage is applied between the first electrode 138 and the second electrode 140 in the first region 201 and still no voltage is applied in the second region 202 . In the dimming layer 134, the first region 201 changes to a transparent state, and the second region 202 maintains a scattering state. That is, in the polymer-dispersed liquid crystal, the liquid crystal molecules 136 are oriented in one direction under the action of an electric field in the region sandwiched between the first electrode 138 and the second electrode 140 . Since the alignment of the liquid crystal molecules 136 is aligned in the first region 201, the effect of scattering light is reduced and the first region 201 becomes transparent.

その結果、光変調素子120は、撮像素子104の前面に位置する第1領域201が透明となり、外光が入射することが可能な状態となる。一方、第2領域202は、液晶分子136が依然としてランダムに配向した状態にあるので、散乱状態が維持される。それにより、第2領域202は液晶表示パネル110を照明することができ、液晶表示パネル110は、第2領域202に対応する領域で画像を表示することができる。 As a result, the light modulation element 120 becomes transparent in the first region 201 located in front of the image pickup element 104, and enters a state in which external light can enter. On the other hand, the second region 202 remains in a scattering state because the liquid crystal molecules 136 are still randomly oriented. Thereby, the second area 202 can illuminate the liquid crystal display panel 110 , and the liquid crystal display panel 110 can display an image in an area corresponding to the second area 202 .

このように、照明ユニット112は、光変調素子120を用いて部分的に散乱状態と透明状態とを制御することで、非撮像モードと撮像モードとを切り替えることができる。撮像モードにおいては、液晶表示パネル110によって表示領域114に画像を表示させつつ、撮像素子104を使って撮像を行うことが可能となる。 In this way, the lighting unit 112 can switch between the non-imaging mode and the imaging mode by partially controlling the scattering state and the transparent state using the light modulation element 120 . In the imaging mode, it is possible to perform imaging using the imaging device 104 while displaying an image in the display area 114 by the liquid crystal display panel 110 .

なお、第2電極140は、他の領域と区別される個別電極として設けられるのではなく、第4基板132の略全面に形成されてもよい。このような構成によれば、光変調素子120の全体が散乱状態と透明状態とに同時に制御されることとなる。この場合は、液晶表示パネル110による画像の表示と、撮像素子104による撮像とを交互に行うことができる。また、光変調素子120は、パッシブマトリクス型の電極構造を備えていてもよい。光変調素子120は、パッシブマトリクス型の電極を備えることで、第1領域201に対応する領域において、散乱状態と透過状態とを制御することができる。 The second electrode 140 may be formed on substantially the entire surface of the fourth substrate 132 instead of being provided as an individual electrode that is distinguished from other regions. According to such a configuration, the entire light modulation element 120 is simultaneously controlled between the scattering state and the transparent state. In this case, the image display by the liquid crystal display panel 110 and the imaging by the imaging device 104 can be alternately performed. Further, the light modulation element 120 may have a passive matrix electrode structure. The light modulation element 120 can control the scattering state and the transmission state in the region corresponding to the first region 201 by including passive matrix electrodes.

図5は、本発明の一実施形態に係る電子機器の動作を説明する図である。図5は、第1領域201及び第2領域202のそれぞれにおいて、液晶表示パネル110と光変調素子120の動作の状態を示す。 FIG. 5 is a diagram explaining the operation of the electronic device according to one embodiment of the present invention. FIG. 5 shows operation states of the liquid crystal display panel 110 and the light modulation element 120 in the first region 201 and the second region 202, respectively.

図5に示すように、電子機器100が液晶表示パネル110で画像を表示している状態(非撮像モード)では、光変調素子120は、第1領域201及び第2領域202が共に散乱状態となっている。撮像素子104で撮像を行う撮像モードでは、光変調素子120の第1領域201が透明状態となり、第2領域202は散乱状態が維持される。撮像モードにおいて、液晶表示パネル110は、第1領域201に対応する領域の画素が白表示を行うときと同じように駆動される。具体的には、第1領域201に対応する領域に配置される、赤(R)画素、緑(G)画素、及び青(B)画素の各画素において、照明ユニット112の照明光が透過する状態となるように、液晶分子の配向が制御される。これにより、第1領域201は外光が入射可能な状態となり、撮像素子104により撮像が行われる。一方、撮像モードにおいても、第2領域202は、光変調素子120の散乱状態が維持される。そのため、第2領域202に対応する液晶表示パネル110の表示領域114では、画像の表示を行うことが可能となる。 As shown in FIG. 5, when the electronic device 100 displays an image on the liquid crystal display panel 110 (non-imaging mode), the first region 201 and the second region 202 of the light modulation element 120 are both in a scattering state. In an imaging mode in which an image is captured by the imaging device 104, the first region 201 of the light modulation device 120 is in a transparent state, and the second region 202 is maintained in a scattering state. In the imaging mode, the liquid crystal display panel 110 is driven in the same manner as when the pixels in the area corresponding to the first area 201 display white. Specifically, the alignment of the liquid crystal molecules is controlled so that the illumination light from the illumination unit 112 is transmitted in each of the red (R) pixel, the green (G) pixel, and the blue (B) pixel arranged in the region corresponding to the first region 201. As a result, the first region 201 becomes a state in which external light can enter, and the imaging element 104 performs imaging. On the other hand, even in the imaging mode, the scattering state of the light modulation element 120 is maintained in the second region 202 . Therefore, images can be displayed in the display area 114 of the liquid crystal display panel 110 corresponding to the second area 202 .

撮像モードでは、図6に示すように、表示領域114は、第1領域201に対応する領域が光変調素子120で照明されない領域となるため黒色に視認され、第2領域202に対応する領域は通常の画像が表示されることとなる。第1領域201には、撮像素子104に外光が入射し、撮像を行うことが可能な状態となる。なお、第1領域201の形状は任意であり、図6に示される形状に限定されない。 In the imaging mode, as shown in FIG. 6, the display area 114 is viewed black because the area corresponding to the first area 201 is not illuminated by the light modulation element 120, and a normal image is displayed in the area corresponding to the second area 202. External light is incident on the image sensor 104 in the first region 201, so that an image can be captured. Note that the shape of the first region 201 is arbitrary and is not limited to the shape shown in FIG.

その後、非撮像モードに移行すると、光変調素子120の第1領域201は、散乱状態に遷移する。それによって、液晶表示パネル110は、第1領域201及び第2領域202に対応する領域において通常の画像を表示する。 After that, when shifting to the non-imaging mode, the first region 201 of the light modulation element 120 transitions to the scattering state. Thereby, the liquid crystal display panel 110 displays a normal image in areas corresponding to the first area 201 and the second area 202 .

図7は、電子機器100が画像を表示しながら撮像を行う動作の一例を示す。図7は、第1領域201及び第2領域202のそれぞれにおける液晶表示パネル110と光変調素子120の、1フレーム毎の動作を示す。 FIG. 7 shows an example of an operation of capturing an image while electronic device 100 displays an image. FIG. 7 shows the operation of the liquid crystal display panel 110 and the light modulation element 120 in each of the first area 201 and the second area 202 for each frame.

図7に示すように、電子機器100は撮像素子104で撮像を行うとき、1フレーム内に画像表示期間と撮像期間が含まれる。具体的に、第1領域201では、1フレーム内で液晶表示パネル110が、画像の表示を行う画像表示期間と、白表示(表示領域114では、光変調素子120で照明されないため、図6で示すように黒表示と視認される。)を行うように画素が駆動される撮像期間が設けられる。光変調素子120は、第1領域201において、液晶表示パネル110の動作に同期して、散乱状態の期間と、透明状態の期間とに制御される。第2領域202では、液晶表示パネル110は画像の表示を行い、光変調素子120は散乱状態に制御される。 As shown in FIG. 7, when the electronic device 100 performs imaging with the imaging device 104, one frame includes an image display period and an imaging period. Specifically, in the first region 201, an image display period during which the liquid crystal display panel 110 displays an image within one frame, and an imaging period during which the pixels are driven to perform white display (the display area 114 is not illuminated by the light modulation element 120 and is visually recognized as black display as shown in FIG. 6) are provided. In the first region 201 , the light modulation element 120 is controlled between a scattering state period and a transparent state period in synchronization with the operation of the liquid crystal display panel 110 . In the second area 202, the liquid crystal display panel 110 displays an image, and the light modulation element 120 is controlled to the scattering state.

液晶表示パネル110のフレーム周波数が60Hzの場合、1フレーム当たりの時間は16.7msecとなる。ここで、撮像素子104のシャッタースピードが1/1000秒であれば、撮像期間を1msecとしても、画像の表示に影響を与えることなく1フレーム内に撮像期間を設けることができる。なお、図7では、画像表示期間の後に撮像期間が設けられる一例を示すが、撮像期間は1フレーム内で任意に設けることができる。例えば、1フレーム期間の最初に撮像期間を設けることもできるし、1フレーム期間内の中間に撮像期間を設けることもできる。 When the frame frequency of the liquid crystal display panel 110 is 60 Hz, the time per frame is 16.7 msec. Here, if the shutter speed of the image sensor 104 is 1/1000 second, even if the imaging period is set to 1 msec, the imaging period can be provided within one frame without affecting image display. Note that FIG. 7 shows an example in which an imaging period is provided after an image display period, but the imaging period can be arbitrarily provided within one frame. For example, an imaging period can be provided at the beginning of one frame period, or an imaging period can be provided in the middle of one frame period.

このように、1フレーム期間内に撮像期間を設けることで、電子機器100の表示領域114の全面に画像を表示しつつ撮像を行うことができる。撮像期間は1フレーム期間内の一部の時間として設定されるので、利用者の視覚に影響を与えることなく撮像を行うことができる。 In this way, by providing an imaging period within one frame period, it is possible to perform imaging while displaying an image over the entire display area 114 of the electronic device 100 . Since the imaging period is set as a part of time within one frame period, imaging can be performed without affecting the user's vision.

図8は、液晶表示装置102に設けられる偏光板と、照明ユニット112の出射光及び外光との関係を示す。液晶表示装置102には、液晶表示パネル110のカバーパネル106側の面に透過偏光板142が配置され、照明ユニット112側の面に第1反射偏光板144が設けられる。また、照明ユニット112と撮像素子104との間に第2反射偏光板が設けられる。 FIG. 8 shows the relationship between the polarizing plate provided in the liquid crystal display device 102, the light emitted from the illumination unit 112, and the external light. In the liquid crystal display device 102, a transmissive polarizing plate 142 is arranged on the surface of the liquid crystal display panel 110 on the cover panel 106 side, and a first reflective polarizing plate 144 is provided on the surface on the lighting unit 112 side. A second reflective polarizing plate is provided between the lighting unit 112 and the imaging element 104 .

図8は、図面の中にX軸、Y軸、Z軸を示す。このとき、Y軸に沿った方向を第1方向、Y軸方向と直交するZ軸に沿った方向を第2方向、Y軸方向及びZ軸方向と直行するX軸に沿った方向を第3方向というものとする。なお、他の図面においても、X軸、Y軸、Z軸が同様に示されるときは、同様に扱うものとする。 FIG. 8 shows the X, Y and Z axes in the drawing. At this time, the direction along the Y-axis is called the first direction, the direction along the Z-axis perpendicular to the Y-axis is called the second direction, and the direction along the Y-axis and the X-axis perpendicular to the Z-axis is called the third direction. In other drawings, when the X-axis, Y-axis, and Z-axis are shown in the same way, they are treated in the same way.

透過偏光板142は、第1方向に透過偏光軸を有している。第1反射偏光板144は、第1方向と直交する第2方向に透過偏光軸を有し、第1方向に反射偏光軸を有するように配置される。すなわち、透過偏光板142と第1反射偏光板144とは、透過偏光軸がクロスニコルに配置されている。第2反射偏光板146は、第1方向と交差する第2方向に透過偏光軸を有し、第1方向に反射偏光軸を有するように配置される。すなわち、第1反射偏光板144と第2反射偏光板146とは、透過偏光軸が平行となるように配置されている。 The transmission polarizer 142 has a transmission polarization axis in the first direction. The first reflective polarizer 144 is arranged to have a transmission polarization axis in a second direction perpendicular to the first direction and a reflection polarization axis in the first direction. That is, the transmission polarization axes of the transmission polarizing plate 142 and the first reflective polarizing plate 144 are arranged in crossed Nicols. The second reflective polarizer 146 is arranged to have a transmission polarization axis in a second direction crossing the first direction and a reflection polarization axis in the first direction. That is, the first reflective polarizer 144 and the second reflective polarizer 146 are arranged so that the transmission polarization axes are parallel.

図8は、また、液晶表示パネル110の液晶層128が、横電界方式である場合を示す。この場合、液晶分子は、画素電極126に所定の電圧が印加されないとき第1方向に配向し、所定の電圧が印加されたとき第2方向に配向するものとする。 FIG. 8 also shows the case where the liquid crystal layer 128 of the liquid crystal display panel 110 is of the horizontal electric field type. In this case, the liquid crystal molecules are aligned in the first direction when a predetermined voltage is not applied to the pixel electrode 126, and are aligned in the second direction when a predetermined voltage is applied.

光源118から出射された光は、光変調素子120で散乱され、その一部は液晶表示パネル110側に照射される。その照射光の内、第1反射偏光板144の透過偏光軸と平行な光の偏光成分が透過し、液晶表示パネル110に照射される。一方、第1反射偏光板144で反射された光は、偏光軸が第2反射偏光板146の透過偏光軸と直交するので、撮像素子104側へは透過しない。したがって、撮像素子104は照明ユニット112が出射する照明光の影響を受けにくい状態に配置される。 The light emitted from the light source 118 is scattered by the light modulation element 120 and part of it is irradiated to the liquid crystal display panel 110 side. Among the irradiated light, the polarized light component parallel to the transmission polarization axis of the first reflective polarizing plate 144 is transmitted, and the liquid crystal display panel 110 is irradiated with the polarized light component. On the other hand, the light reflected by the first reflective polarizer 144 does not pass through to the imaging device 104 because the polarization axis is perpendicular to the transmission polarization axis of the second reflective polarizer 146 . Therefore, the imaging element 104 is arranged in a state where it is less susceptible to the illumination light emitted by the illumination unit 112 .

液晶表示パネル110に対する照明光は、液晶層128に入射する。液晶表示パネル110では、各画素に画素電極126が設けられている。このとき、画素電極126に液晶分子を配向させる電圧が印加されない画素では、照明光の偏光軸が捩れないので、偏光方向が透過偏光板142の透過偏光軸と直交した状態にあり、視認側へは出射されない。一方、画素電極126に、液晶分子を配向させる電圧が印加された画素では、照射光が液晶層128を透過するとき、偏光軸が90度捩れることにより、偏光軸が透過偏光板142の透過偏光軸と平行になり、視認側に出射される。このように、液晶表示装置102は、個々の画素の電圧を制御することにより、表示領域114に画像を表示する。このとき、液晶表示装置102には、第2反射偏光板146が設けられているので、表示領域114に画像を表示するときでも、撮像素子104に影響を与えないようにすることができる。 Illumination light for the liquid crystal display panel 110 enters the liquid crystal layer 128 . A pixel electrode 126 is provided for each pixel in the liquid crystal display panel 110 . At this time, since the polarization axis of the illumination light is not twisted in the pixel where the voltage for aligning the liquid crystal molecules is not applied to the pixel electrode 126, the polarization direction is perpendicular to the transmission polarization axis of the transmission polarizing plate 142 and is not emitted to the viewing side. On the other hand, in a pixel in which a voltage for aligning the liquid crystal molecules is applied to the pixel electrode 126, when the irradiation light passes through the liquid crystal layer 128, the polarization axis is twisted by 90 degrees, so that the polarization axis becomes parallel to the transmission polarization axis of the transmission polarizing plate 142 and is emitted to the viewing side. Thus, the liquid crystal display device 102 displays an image on the display area 114 by controlling the voltage of each pixel. At this time, since the liquid crystal display device 102 is provided with the second reflective polarizing plate 146 , even when an image is displayed on the display area 114 , the imaging device 104 can be prevented from being affected.

図9は、撮像素子104と重なる第1領域201に相当する領域に配置された画素に液晶分子を配向させる電圧が印加され、光変調素子120は、全体が散乱状態に制御されている状態を示す。第1領域201に相当する領域に配置された画素を透過する外光は、液晶層128で偏光軸が90度捩れる。その結果、液晶表示パネル110を透過した透過光の偏光軸は、第1反射偏光板144の透過偏光軸と平行になる。この状態では、外光が光変調素子120に照射されることになる。しかし、光変調素子120は散乱状態に制御されているため、外光は撮像素子104に直達しない。 FIG. 9 shows a state in which a voltage for aligning liquid crystal molecules is applied to pixels arranged in a region corresponding to the first region 201 that overlaps with the image sensor 104, and the entire light modulation device 120 is controlled to a scattering state. The polarization axis of external light transmitted through the pixels arranged in the region corresponding to the first region 201 is twisted by 90 degrees in the liquid crystal layer 128 . As a result, the polarization axis of the transmitted light that has passed through the liquid crystal display panel 110 is parallel to the transmission polarization axis of the first reflective polarizer 144 . In this state, external light is applied to the light modulation element 120 . However, since the light modulation element 120 is controlled to be in a scattering state, external light does not reach the imaging element 104 directly.

図10は、撮像素子104と重なる第1領域201に相当する領域に配置された画素に液晶分子を配向させる電圧が印加され、光変調素子120は、第1領域201が透明状態に制御され、第2領域202が散乱状態に制御されている状態を示す。この状態では、透過偏光板142を透過した光は偏光軸が90度捩れ、液晶表示パネル110を通過した光は第1反射偏光板144の透過偏光軸と同じ方向に偏光される。光変調素子120は、第1領域が透明状態に制御されているので、第1反射偏光板144を透過した光は、光変調素子120を透過する。さらに、第2反射偏光板146は、透過偏光軸が第1反射偏光板144と平行に配置されているので、光変調素子120を透過した光は撮像素子104に入射する。それにより、撮像素子104には外光が入射することとなり、液晶表示パネル110の前方を撮像することができる。 FIG. 10 shows a state in which a voltage for aligning liquid crystal molecules is applied to pixels arranged in a region corresponding to the first region 201 overlapping with the image sensor 104, and the first region 201 of the light modulation element 120 is controlled to a transparent state and a second region 202 is controlled to a scattering state. In this state, the polarization axis of the light transmitted through the transmission polarizer 142 is twisted by 90 degrees, and the light transmitted through the liquid crystal display panel 110 is polarized in the same direction as the transmission polarization axis of the first reflective polarizer 144 . Since the first region of the light modulation element 120 is controlled to be transparent, the light transmitted through the first reflective polarizing plate 144 is transmitted through the light modulation element 120 . Furthermore, since the transmission polarization axis of the second reflective polarizer 146 is parallel to the first reflective polarizer 144 , the light transmitted through the light modulation element 120 enters the imaging element 104 . As a result, external light is incident on the imaging device 104, and an image of the front of the liquid crystal display panel 110 can be captured.

このように、本発明の一実施形態によれば、照明ユニット112と撮像素子104との間に第2反射偏光板146を配置することにより、撮像素子104に照明光の影響を与えないようにすることができる。また、液晶表示パネル110を挟んで透過偏光板142と第1反射偏光板144とを、透過偏光軸をクロスニコルに配置すると共に、光変調素子120の散乱状態を画素と同期して制御することにより、画像を表示しつつ、撮像素子104で液晶表示パネル110の前方を撮像することができる。 Thus, according to an embodiment of the present invention, by placing the second reflective polarizer 146 between the illumination unit 112 and the imaging element 104, the imaging element 104 can be prevented from being affected by the illumination light. In addition, by arranging the transmission polarizing plate 142 and the first reflective polarizing plate 144 with the liquid crystal display panel 110 interposed therebetween so that the transmission polarization axes are crossed Nicols, and by controlling the scattering state of the light modulation element 120 in synchronization with the pixels, it is possible to image the front of the liquid crystal display panel 110 with the image pickup element 104 while displaying an image.

図11は、電子機器100の機能的構成の一例をブロック図として示す。電子機器100は、液晶表示装置102、撮像素子104、制御回路148、画像処理回路150、照明制御回路152、撮像素子制御回路154、読み出し回路156、記憶回路158、タッチセンサ制御回路160を組む。液晶表示装置102は、液晶表示パネル110、照明ユニット112を含む。また、液晶表示装置102は、液晶表示パネル110に重ねて配置されたタッチセンサ111を含む。タッチセンサ111の機能は、液晶表示パネル110に内蔵されていてもよい。 FIG. 11 shows an example of a functional configuration of electronic device 100 as a block diagram. The electronic device 100 includes a liquid crystal display device 102 , an image sensor 104 , a control circuit 148 , an image processing circuit 150 , a lighting control circuit 152 , an image sensor control circuit 154 , a readout circuit 156 , a memory circuit 158 and a touch sensor control circuit 160 . The liquid crystal display device 102 includes a liquid crystal display panel 110 and an illumination unit 112 . The liquid crystal display device 102 also includes a touch sensor 111 arranged over the liquid crystal display panel 110 . The function of the touch sensor 111 may be built into the liquid crystal display panel 110 .

制御回路148は、オペレーティングシステムに基づき動作する。制御回路148は、記憶回路158からデータを読み出し、画像処理回路150が液晶表示パネル110に画像を表示するように制御する。例えば、制御回路148は、操作画面のデータを画像処理回路150に出力する。画像処理回路150は、操作画面データに基づいて液晶表示パネル110に操作画面を表示するように動作する。また、制御回路148には、電気通信回線を介して取得されたビデオ信号が入力される。制御回路148は画像処理回路150にビデオ信号を出力し、画像処理回路150は液晶表示パネル110にビデオ信号を出力して画像を表示させる。制御回路148は、また、記憶回路158からアプリケーションプログラムを読み出し、画像処理回路150にアプリケーションプログラムを実行するデータを出力する。画像処理回路150は、アプリケーションプログラムが実行されるときに表示される画像を液晶表示パネル110に出力する。制御回路148は、さらに、画像処理回路150に画像を表示されるデータを出力するとき、これと同期するように照明制御回路152に照明ユニット112を駆動する命令を出力する。 The control circuit 148 operates based on an operating system. The control circuit 148 reads data from the memory circuit 158 and controls the image processing circuit 150 to display an image on the liquid crystal display panel 110 . For example, the control circuit 148 outputs operation screen data to the image processing circuit 150 . The image processing circuit 150 operates to display an operation screen on the liquid crystal display panel 110 based on the operation screen data. Also, the control circuit 148 is supplied with a video signal obtained via an electric communication line. The control circuit 148 outputs a video signal to the image processing circuit 150, and the image processing circuit 150 outputs the video signal to the liquid crystal display panel 110 to display an image. The control circuit 148 also reads an application program from the storage circuit 158 and outputs data for executing the application program to the image processing circuit 150 . Image processing circuit 150 outputs to liquid crystal display panel 110 an image to be displayed when the application program is executed. When the control circuit 148 outputs data for displaying an image to the image processing circuit 150, the control circuit 148 also outputs a command to the lighting control circuit 152 to drive the lighting unit 112 in synchronization therewith.

タッチセンサ制御回路160は、タッチセンサ111を駆動し、検出信号を制御回路148に出力する。制御回路148は、タッチセンサ制御回路160から出力される検出信号に基づき、操作画面の内容を書き換えるデータを画像処理回路150に出力し、また、アプリケーションプログラムの実行状態を制御する。 The touch sensor control circuit 160 drives the touch sensor 111 and outputs detection signals to the control circuit 148 . Based on the detection signal output from the touch sensor control circuit 160, the control circuit 148 outputs data for rewriting the content of the operation screen to the image processing circuit 150, and also controls the execution state of the application program.

例えば、タッチセンサ制御回路160によって、撮像を行うアプリケーションプログラムの実行が選択されたとき、制御回路148は、画像処理回路150に、液晶表示装置102が撮像モードに遷移する命令を出力する。画像処理回路150は、撮像素子104と重なる領域の画素を白表示とする画像データを出力する。制御回路148は、また、照明制御回路152に撮像モードに遷移する命令を出力する。照明制御回路152は、撮像素子104と重なる領域が透明状態となるように照明ユニット112を制御する。また、制御回路148は、画像処理回路150及び照明制御回路152の動作と同期するように、撮像素子制御回路154に制御信号を出力する。撮像素子制御回路154は、制御信号に基づいて撮像素子104を駆動する。 For example, when execution of an application program for imaging is selected by the touch sensor control circuit 160, the control circuit 148 outputs to the image processing circuit 150 a command for causing the liquid crystal display device 102 to transition to imaging mode. The image processing circuit 150 outputs image data in which pixels in a region overlapping with the image sensor 104 are displayed in white. The control circuit 148 also outputs a command to the illumination control circuit 152 to transition to the imaging mode. The illumination control circuit 152 controls the illumination unit 112 so that the area overlapping the imaging element 104 is in a transparent state. The control circuit 148 also outputs a control signal to the image sensor control circuit 154 so as to synchronize the operations of the image processing circuit 150 and the illumination control circuit 152 . The imaging device control circuit 154 drives the imaging device 104 based on the control signal.

撮像モードにおける、液晶表示装置102及び撮像素子104の動作は、図5及び図7を参照して説明される動作と同様である。撮像素子104で撮像された画像が、読み出し回路156によって読み出され、記憶回路158に記憶される。また、読み出し回路156によって読み出された画像データは、制御回路148に直接的に入力され、画像処理回路150によってリアルタイムに液晶表示装置102によって表示されてもよい。 The operations of the liquid crystal display device 102 and the image sensor 104 in imaging mode are the same as those described with reference to FIGS. An image captured by the imaging element 104 is read by the readout circuit 156 and stored in the storage circuit 158 . Further, the image data read by the read circuit 156 may be directly input to the control circuit 148 and displayed on the liquid crystal display device 102 in real time by the image processing circuit 150 .

制御回路148は、画像処理回路150、照明制御回路152、読み出し回路156、タッチセンサ制御回路160、撮像素子制御回路154は、半導体集積回路によって形成される演算処理装置によって実現される。これらの各機能ブロックは、一つのCPUの中に集積されていてもよいし、マイクロプロセッサ、画像処理プロセッサ等の複数の専用集積回路がマザーボードに実装されて実現されていてもよい。また、記憶回路158は、半導体メモリによって実現される。半導体メモリとしては、揮発性のダイナミックメモリ、不揮性のフラッシュメモリによって実現される。 The control circuit 148, the image processing circuit 150, the illumination control circuit 152, the readout circuit 156, the touch sensor control circuit 160, and the imaging device control circuit 154 are realized by an arithmetic processing unit formed by a semiconductor integrated circuit. Each of these functional blocks may be integrated in one CPU, or may be realized by mounting a plurality of dedicated integrated circuits such as microprocessors and image processors on a motherboard. Also, the storage circuit 158 is realized by a semiconductor memory. The semiconductor memory is realized by a volatile dynamic memory and a non-volatile flash memory.

以上のように、本発明の一実施形態によれば、照明ユニット112に光変調素子120を用いることにより、液晶表示パネル110を照明する領域と照明しない領域とを設けることはできる。光変調素子120は、液晶表示パネル110を照明しない領域を透明状態とすることにより、この領域に重ねて配置される撮像素子104によって、液晶表示パネル110の前方を撮像可能な状態を形成することができる。このような構成により、本発明の一実施形態に係る電子機器100は、撮像素子104を液晶表示パネル110の背面に配置することができる。それにより、本発明の一実施形態に係る電子機器100は、狭額縁化を図ることができる。 As described above, according to an embodiment of the present invention, by using the light modulation element 120 in the illumination unit 112, it is possible to provide an illuminated area and an unilluminated area on the liquid crystal display panel 110. FIG. The light modulation element 120 makes the area in which the liquid crystal display panel 110 is not illuminated transparent, so that the imaging element 104 arranged over this area can image the area in front of the liquid crystal display panel 110. With such a configuration, the electronic device 100 according to one embodiment of the present invention can arrange the imaging device 104 behind the liquid crystal display panel 110 . As a result, the electronic device 100 according to the embodiment of the present invention can have a narrower frame.

なお、本発明の一実施毛形態において電子機器100は、撮像素子104に代えて、光センサ(照度センサ、環境光センサ)が配置されてもよい。また、本発明の一実施毛形態において電子機器100は、光変調素子120が透過状態に制御される領域を複数設け、撮像素子104及び光センサをそれぞれ配置してもよい。それにより、筐体108のフレーム部分に撮像素子104、光センサを配置しなくても済むので、狭額縁化を図ることができる。 In one embodiment of the present invention, the electronic device 100 may be provided with an optical sensor (illuminance sensor, ambient light sensor) instead of the imaging device 104 . Further, in one embodiment of the present invention, the electronic device 100 may be provided with a plurality of regions in which the light modulation elements 120 are controlled to be in a transmissive state, and the imaging elements 104 and the optical sensors may be arranged respectively. As a result, the imaging element 104 and the optical sensor do not have to be arranged in the frame portion of the housing 108, so that the frame can be narrowed.

100・・・電子機器、102・・・液晶表示装置、104、105・・・撮像素子、106・・・カバーパネル、108・・・筐体、110・・・液晶表示パネル、111・・・タッチセンサ、112・・・照明ユニット、114・・・表示領域、116・・・非表示領域、118・・・光源、120・・・光変調素子、122・・・第1基板、124・・・第2基板、126・・・画素電極、128・・・液晶層、130・・・第3基板、132・・・第4基板、134・・・調光層、136・・・液晶分子、138・・・第1電極、140・・・第2電極、142・・・透過偏光板、144・・・第1反射偏光板、146・・・第2反射偏光板、148・・・制御回路、150・・・画像処理回路、152・・・照明制御回路、154・・・撮像素子制御回路、156・・・読み出し回路、158・・・記憶回路、160・・・タッチセンサ制御回路、201・・・第1領域、202・・・第2領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Electronic equipment, 102... Liquid crystal display device, 104, 105... Imaging element, 106... Cover panel, 108... Housing, 110... Liquid crystal display panel, 111... Touch sensor, 112... Illumination unit, 114... Display area, 116... Non-display area, 118... Light source, 120... Light modulation element, 122... First substrate, 124... Second substrate, 126... Pixel electrode, 128... Liquid crystal layer, 1 30 Third substrate 132 Fourth substrate 134 Light control layer 136 Liquid crystal molecule 138 First electrode 140 Second electrode 142 Transmissive polarizing plate 144 First reflective polarizing plate 146 Second reflective polarizing plate 148 Control circuit 150 Image processing circuit 152 Illumination control circuit 154 Image sensor control circuit 156 Readout circuit 158 Storage circuit 160 ... touch sensor control circuit, 201 ... first region, 202 ... second region

Claims (6)

複数の画素が配列された表示領域を有する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの背面側に配置され、前記液晶表示パネルを通して前方を撮像する撮像素子と、
前記液晶表示パネルと前記撮像素子との間に配置され、前記表示領域と重なるように配置される光変調素子と、前記光変調素子を照明する光源と、を含む照明ユニットと、
前記液晶表示パネルの前記照明ユニット側に配置された第1反射型偏光板と、前記撮像素子と前記光変調素子との間に配置された第2反射型偏光板を有と、
を有し、
前記撮像素子は、前記表示領域と重なる領域に配置されている電子機器。
a liquid crystal display panel having a display area in which a plurality of pixels are arranged;
an imaging device arranged on the back side of the liquid crystal display panel and capturing an image of the front through the liquid crystal display panel;
an illumination unit that includes a light modulation element disposed between the liquid crystal display panel and the imaging element and overlapping the display area, and a light source that illuminates the light modulation element;
having a first reflective polarizing plate arranged on the lighting unit side of the liquid crystal display panel and a second reflective polarizing plate arranged between the imaging element and the light modulation element;
has
The electronic device, wherein the imaging device is arranged in an area overlapping with the display area.
前記光変調素子は、前記光源の出射光を前記液晶表示パネルの方向に散乱させる散乱状態と、前記撮像素子と重なる領域を透明にし、他の領域は散乱状態を維持する透過状態とに制御される、請求項1に記載の電子機器。 2. The electronic device according to claim 1, wherein the light modulation element is controlled to a scattering state in which the light emitted from the light source is scattered in the direction of the liquid crystal display panel, and a transmission state in which a region overlapping the imaging device is made transparent and other regions maintain the scattering state. 前記透過状態は、前記撮像素子の前方を部分的に透明にする部分的透過状態である、請求項2に記載の電子機器。 3. The electronic device according to claim 2, wherein said transmissive state is a partially transmissive state in which an area in front of said imaging element is partially transparent. 前記散乱状態のとき前記液晶表示パネルに映像を表示し、前記透過状態のとき前記液晶表示パネルは前記撮像素子と重なる領域で白表示を行い、前記撮像素子で撮像を行う、請求項2に記載の電子機器。 3. The electronic device according to claim 2, wherein an image is displayed on said liquid crystal display panel in said scattering state, and said liquid crystal display panel performs white display in a region overlapping with said imaging device in said transmissive state, and performs imaging with said imaging device. 前記光変調素子は、高分子分散型液晶パネルである、請求項1に記載の電子機器。 2. The electronic device according to claim 1, wherein said light modulation element is a polymer dispersed liquid crystal panel. 前記液晶表示パネルの前記第1反射型偏光板とは反対側の面に配置された透過型偏光板を有し、
前記第1反射型偏光板と前記透過型偏光板は透過偏光軸がクロスニコルに配置され、
前記第1反射型偏光板と前記第2反射型偏光板とは透過偏光軸が平行に配置されている、請求項1に記載の電子機器。
a transmissive polarizing plate disposed on a surface of the liquid crystal display panel opposite to the first reflective polarizing plate;
transmission polarization axes of the first reflective polarizing plate and the transmission polarizing plate are arranged in crossed Nicols;
2. The electronic device according to claim 1, wherein transmission polarization axes of said first reflective polarizing plate and said second reflective polarizing plate are parallel to each other.
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